蘇北沿海地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)評價及空間分布研究——以射陽興橋鎮(zhèn)為例

楊　柳，顧　佳，閆玉茹

(1．鹽城市國土資源局，江蘇鹽城224000； 2.有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210007)

蘇北沿海地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)評價及空間分布研究——以射陽興橋鎮(zhèn)為例

楊柳1，顧佳2，閆玉茹2

(1．鹽城市國土資源局，江蘇鹽城224000； 2.有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210007)

摘要：以江蘇射陽興橋鎮(zhèn)1∶5萬多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立評價模型，對射陽興橋鎮(zhèn)耕作層土壤進行土地質(zhì)量地球化學(xué)評價及空間分布研究，掌握興橋鎮(zhèn)土地質(zhì)量現(xiàn)狀，并對工作區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品種植提出合理建議。

關(guān)鍵詞：土地質(zhì)量；地球化學(xué)；空間分布；江蘇射陽

中圖分類號：P595；X142

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-3636(2015)02-0286-06

收稿日期：2014-06-19；修回日期：2014-07-04；編輯：蔣艷

基金項目：江蘇省地質(zhì)勘查基金項目“射陽臨港工業(yè)區(qū)沿海三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查與評價”

作者簡介：楊柳(1960—)，男，高級工程師，碩士，環(huán)境工程專業(yè)，長期從事國土資源管理工作，E-mail：smilegujia@163.com

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2015.02.292

0引言

土地質(zhì)量直接影響到土地資源的合理開發(fā)利用和區(qū)域性經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)劃，科學(xué)評價土地的質(zhì)量優(yōu)劣，是合理開發(fā)利用土地資源的基礎(chǔ)，也是做好土地資源規(guī)劃的前提(劉?，帲?012)。射陽興橋鎮(zhèn)系黃淮合流沖積海相沉積作用形成的濱海平原的一部分，其成陸過程，經(jīng)歷了“滄海桑田”的演變過程，形成了具有蘇北濱海特色的鹽土類土壤類型(江蘇省土壤普查辦公室，1986)。作為射陽城鎮(zhèn)發(fā)展模式“一核、兩軸、一帶”中的“一核”重要組成部分，興橋鎮(zhèn)定位為農(nóng)副產(chǎn)品加工集散地，豐富的農(nóng)副產(chǎn)品資源為射陽興橋鎮(zhèn)發(fā)展農(nóng)副產(chǎn)品深加工創(chuàng)造了得天獨厚的條件。因此有必要對射陽興橋鎮(zhèn)土地質(zhì)量開展調(diào)查與評價，了解其土地質(zhì)量本底狀況，掌握耕作層土壤中各元素的含量和空間分布，為射陽興橋鎮(zhèn)農(nóng)作物生產(chǎn)安全提供科學(xué)保證，為區(qū)域內(nèi)國土資源利用、農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)等提供科學(xué)建議。

1材料和方法

1.1　研究區(qū)概況

射陽縣興橋鎮(zhèn)地處江蘇射陽縣城正南方，介于黃河和長江三角洲的中間地帶，總面積115 km2，屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候區(qū)，氣候溫和，季風(fēng)盛行，四季分明，降水充沛，光照充足。興橋鎮(zhèn)土壤類型主要為潮鹽土亞類，土地利用以農(nóng)業(yè)用地為主，農(nóng)耕地占總面積的62.6%，在農(nóng)耕地中糧食作物占絕對優(yōu)勢。

1.2　土壤樣品采集及實驗分析

采用網(wǎng)格法統(tǒng)一采集耕作層土壤樣品，網(wǎng)格間距500 m，采樣深度為0～20 cm，共計采集耕作層土壤樣品475件。進行土壤肥力指標(biāo)和環(huán)境健康指標(biāo)的實驗分析，其中全量鈣、鎂、銅、鉛、鋅和全硫采用X熒光光譜法；硒、全量汞、全量砷采用原子熒光光譜法；有效磷、六價鉻采用分光光度法；pH值采用pH計電位法；全氮采用凱氏容量法；速效鉀采用原子吸收光度法；全量硼采用發(fā)射光譜法；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀消化容量法；全量鉻采用等離子體質(zhì)譜法。

2評價模型構(gòu)建

2.1　評價指標(biāo)篩選

首先根據(jù)土地質(zhì)量地球化學(xué)評估技術(shù)要求(DD 2008—2006)，進行指標(biāo)篩選。

依據(jù)《中國土壤普查技術(shù)》(1994)，參照江蘇省土壤元素含量分布特征，統(tǒng)一確定土壤單項元素的分級標(biāo)準(zhǔn)。然后結(jié)合所篩選的指標(biāo)建立射陽興橋鎮(zhèn)土地質(zhì)量地球化學(xué)評價指標(biāo)體系(表1)。

表1　土地質(zhì)量地球化學(xué)評估指標(biāo)體系及權(quán)重

2.2　評價層次的建立

將影響土地質(zhì)量的內(nèi)部因素作為第一評估指標(biāo)層，由肥力指標(biāo)層、環(huán)境健康指標(biāo)層組成，其中肥力指標(biāo)層由必需大量元素、必需中量元素和必需微量元素指標(biāo)組成；環(huán)境健康指標(biāo)層由有害元素、有益元素、pH值指標(biāo)層組成(張慧等，2011)。

2.3　確定指標(biāo)權(quán)重

確定評價因子權(quán)重的方法主要有主成分分析法、層次分析法和模糊綜合評判等(黃勇等，2008)。綜合考慮射陽興橋鎮(zhèn)耕地表層土壤元素地球化學(xué)行為特征及空間變異性，結(jié)合研究區(qū)土壤實際情況。采用層次分析法，通過專家咨詢，確定指標(biāo)權(quán)重，對土地質(zhì)量具有相同重要性的評估指標(biāo)進行影響度兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣，由各判斷矩陣的特征向量得到準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)，求得每個評價指標(biāo)的權(quán)重，經(jīng)過計算其一致性檢驗CR值均小于0.1，權(quán)重匹配合理(表1)。

2.4　評價模型建立

評價模型選用隸屬函數(shù)模型，采用峰值型、戒上型、戒下型模型(劉軍保等，2011)。通過隸屬度函數(shù)值計算模型和權(quán)重值結(jié)果，采用多因素綜合評價模型，結(jié)合劃分的評價單元(畢葵森，2009)，對各評估指標(biāo)的實測值進行權(quán)重和隸屬度計算，獲得土地肥力和環(huán)境健康質(zhì)量綜合指數(shù)。

(1)

式(1)中，F(xiàn)I為第k個采樣點的土壤質(zhì)量指數(shù)值；aik為第k個采樣點的第i個指標(biāo)的隸屬度值；wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重值(任家強等，2011)。

3結(jié)果分析

3.1　研究區(qū)土地單元素地球化學(xué)空間分布

通過對射陽興橋鎮(zhèn)耕作層土壤元素地球化學(xué)特征的分析，發(fā)現(xiàn)射陽興橋鎮(zhèn)表層土壤元素呈現(xiàn)以下特征：有效磷分布不均；全氮、有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏少；速效鉀豐富；鈣、鎂較為富集，硫、硼正常偏富；土壤清潔，未發(fā)現(xiàn)明顯的重金屬元素污染等。由于涉及的元素較多，重點列出農(nóng)作物生長所需要的必需大量元素以及當(dāng)?shù)氐奶卣鞲患谋匦柚辛吭亍?/p>

圖1　耕作層土壤全氮含量分布圖Fig.1　Distribution of total nitrogen content in cultivatedhorizon soil

3.1.1耕作層土壤全氮含量空間分布根據(jù)《中國土壤普查技術(shù)》(1994)所制定的全氮含量評價標(biāo)準(zhǔn)，并參照全省全氮含量分布特征，對射陽興橋鎮(zhèn)新獲取到的全氮含量分析數(shù)據(jù)進行分級評價與統(tǒng)計。射陽興橋鎮(zhèn)耕作層土壤全氮含量達到正常的比例為6.90%，略貧的比例為93.10%。從圖1可見，正常的范圍成片狀分布，主要位于在紅星村、津富村、西移村、幸福村和日新村等周邊區(qū)域；剩下大部分區(qū)域全氮含量為略貧級別。

3.1.2耕作層土壤有效磷含量空間分布射陽興橋鎮(zhèn)表層土壤中有效磷含量分布在空間上分布存在一定的變化(圖2)。土壤有效磷含量達到豐富級別的比例為18.97%，以南部西移村最為豐富，其次躍中村東部、北面的誠民村、安南村耕作層土壤有效磷含量也達到豐富級別；興橋鎮(zhèn)耕作層土壤有效磷含量達到比較豐富和正常級別分布的比例分別為15.52%和27.79%，基本上興橋鎮(zhèn)主要村落(除友好村、萬隆村之外)周邊主要的農(nóng)耕區(qū)域土壤中有效磷含量都能達到正常級別；耕作層土壤中有效磷含量為略貧及嚴(yán)重不足的區(qū)域面積主要分布在萬隆村和友好村周邊區(qū)域，以萬隆村最為貧缺，其次在青華村以西以及安東村以北及西南區(qū)域。

圖2　耕作層土壤有效磷含量分布圖Fig.2　Distribution of available phosphorus content incultivated horizon soil

3.1.3耕作層土壤全硫含量空間分布射陽興橋鎮(zhèn)表層土壤中全硫含量達到豐富級別的樣點所占比例0.86%，濃度中心分布在津富村以北的區(qū)域(圖3)；全鎮(zhèn)表層土壤中全硫含量達到比較豐富級別的比例為12.07%，主要成片狀分布在安東村、日新村、友好村南部區(qū)域和西移村西南部區(qū)域；全鎮(zhèn)大部分表層土壤中硫含量為正常級別，所占比例為79.31%，在全鎮(zhèn)呈均勻分布。少數(shù)地區(qū)表層土壤中硫含量為略貧級別，所占比例7.76%，主要分布在鎮(zhèn)北部的城民村以南、南莊村以東、青華村以東周邊小范圍區(qū)域。

圖3　耕作層土壤全硫含量分布圖Fig.3　Distribution of total sulfur content in cultivatedhorizon soil

3.1.4耕作層土壤全量硼含量空間分布射陽興橋鎮(zhèn)耕作層土壤中全量硼含量達到比較豐富級別的比例為41.48%(圖4)，主要分布在興橋鎮(zhèn)南部，以紅星村、幸福村、西移村、躍中村為4個端點的中間地帶，面積較廣；研究區(qū)耕作層土壤中全硼含量達到正常級別的比例為51.72%，主要呈零散分布在北部南莊村、安南村、新莊村等地，在南部萬隆村附近大面積分布；少數(shù)區(qū)域耕作層土壤中全硼含量為略貧級別，所占比例6.80%，主要分布在萬隆村西南區(qū)域。

圖4　耕作層土壤全量硼含量分布圖Fig.4　Distribution of total boron content in cultivatedhorizon soil

3.2　研究區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)評價及空間分布

3.2.1土地肥力等級評價及空間分布根據(jù)已確定的影響土地肥力因素的必需大量、必需中量和必需微量元素指標(biāo)值及其權(quán)重，采用綜合評價模型計算各評價單元的土地肥力綜合指數(shù)。結(jié)果顯示工作區(qū)68.91%的評價單元土壤肥力為適量，其余31.09%的評價單元土壤肥力為缺乏。

根據(jù)前人研究成果，成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地、種植結(jié)構(gòu)、施肥管理等都是影響土壤肥力質(zhì)量的主要因素(潘永敏等，2011)。射陽興橋鎮(zhèn)除了東南角地區(qū)土壤肥力集中面積缺乏外，其他區(qū)域均為缺乏與適量交錯，以適量為主(圖5)?？傮w上，興橋鎮(zhèn)耕地肥力除局部缺乏外，整體適量，可滿足一般農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

3.2.2土地環(huán)境健康評價及空間分布根據(jù)研究區(qū)土地有害元素指標(biāo)、有益元素指標(biāo)和pH值，評價射陽興橋鎮(zhèn)土地環(huán)境健康質(zhì)量等級。結(jié)果顯示，工作區(qū)93.28%的評價單元土壤環(huán)境健康指標(biāo)到達清潔級別，6.72%的評價單元土壤環(huán)境健康指標(biāo)為正常，無評價單元土壤環(huán)境健康指標(biāo)為污染。

興橋鎮(zhèn)大部分地區(qū)土地土壤環(huán)境健康達到清潔級別，僅有少量土地環(huán)境健康為正常，分布零星。污染級別土地不存在(圖6)。綜上所述，射陽興橋鎮(zhèn)耕地質(zhì)量健康安全，未受到有害元素污染。

圖5　土壤肥力指標(biāo)綜合評價分級圖Fig.5　Grading of comprehensive evaluation of soilfertility index

圖6　土壤環(huán)境健康指標(biāo)綜合評價分級圖Fig.6　Classification of comprehensive evaluation of　　soil environmental health index

3.2.3土地質(zhì)量地球化學(xué)評價及空間分布依據(jù)土地肥力質(zhì)量等級和土地環(huán)境健康質(zhì)量等級劃分結(jié)果，采用土地質(zhì)量地球化學(xué)評價分等方案(表2)，對評估區(qū)進行土地質(zhì)量地球化學(xué)分等。結(jié)果顯示工作區(qū)69.75%的評價單元土地質(zhì)量等級為優(yōu)良級，其余30.25%的評價單元土地質(zhì)量等級為良好級，無評價單元土地質(zhì)量等級為優(yōu)質(zhì)、中等或差等。

表2　土地質(zhì)量地球化學(xué)分級表

注：據(jù)劉應(yīng)平等，2010

由圖7可見，空間分布上興橋鎮(zhèn)東南部地區(qū)土壤主要為良好，其他地區(qū)的土地土壤則為優(yōu)良與良好交錯分布，優(yōu)良為主。總之，射陽興橋鎮(zhèn)耕作層土壤質(zhì)量較好。

圖7　土地質(zhì)量地球化學(xué)等級評價結(jié)果圖Fig.7　Geochemical grading assessment of land quality

3.3　研究區(qū)土地資源利用建議

根據(jù)已完成的耕地質(zhì)量地球化學(xué)等級評價結(jié)果，結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀坏匦蔚孛病⒊蓤D地質(zhì)背景、土地資源優(yōu)缺點等，從做好耕地資源合理利用與科學(xué)保護的規(guī)劃角度出發(fā)，對射陽縣興橋鎮(zhèn)耕地資源合理利用及優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品種植提出如下建議(表3、圖8)。

表3　土地資源利用建議

圖8　土地資源合理利用與規(guī)劃建議圖Fig.8　Rational utilization and planning of landresources

4結(jié)論

通過對射陽興橋鎮(zhèn)耕作層土壤元素分布特征及土地質(zhì)量地球化學(xué)等級評價，得出以下結(jié)論。

(1)射陽興橋鎮(zhèn)表層土壤元素呈現(xiàn)特征：有效磷分布不均；全氮、有機質(zhì)含量偏少；速效鉀豐富；鈣、鎂較為富集，硫、硼正常偏富；土壤清潔，未發(fā)現(xiàn)重金屬元素污染。

(2)射陽興橋鎮(zhèn)土地質(zhì)量整體較好，空間分布上其東南部地區(qū)土壤主要為良好，其他地區(qū)的土地土壤則為優(yōu)良與良好交錯分布，以優(yōu)良為主。

(3)根據(jù)元素的富集分布情況，建議工作區(qū)進行喜硫、喜硼、喜鈣鎂作物的種植。

另外，該研究主要是基于土壤地球化學(xué)要素的肥力指標(biāo)、環(huán)境健康指標(biāo)，在今后的研究中可結(jié)合大氣質(zhì)量、水體質(zhì)量和生物效應(yīng)，從立體上綜合考慮與土地利用有關(guān)的各種因素，開展全方位的質(zhì)量評價。

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Geochemical assessment of soil quality and spatial distribution in the coastal land of northern Jiangsu—A case study of Xingqiao Town in Sheyang County

YANG Liu1, GU Jia2, YAN Yu-ru2

(1.Yancheng Bureau of Land and Resources, Yancheng 224000, Jiangsu, China； 2. Institute of Geochemical Exploration and Marine Geological Survey，East China Mineral Exploration and Development Bureau, Nanjing 210007, Jiangsu, China)

Abstract：This work is based on the multi-target geochemical investigation data at a scale of 1∶50 000 in Xingqiao Town of Sheyang County, Jiangsu Province. An assessment model was established to conduct geochemical evaluation of land quality for the cultivated horizon soil in Xingqiao Town and to determine the spatial distribution. This paper also presents the status of land quality, and proposes reasonable suggestions on agricultural development planning and high quality cultivation of agricultural products in the study area.

Keywords：land quality; geochemistry; spatial distribution；Sheyang County in Jiangsu